一種冷軋含磷廢水的處理裝置和處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于水和廢水處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種冷軋含磷廢水的處理裝置和處理方法具體涉及一種基于原電池和化學(xué)絮凝相耦合的除磷方法，適用于冷軋含磷污水、冷軋污泥脫水上清液、冷軋厭氧污泥消化液等含磷廢水中的磷去除。
【背景技術(shù)】
[0002]磷是動植物體生長必需的元素，但在自然界近乎是一種單向循環(huán)。相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，世界上磷酸鹽的消耗量年均增長2.5%，到2050年，世界磷酸鹽的消耗量將達(dá)到I億噸，而全世界磷礦儲備量只能維持100年左右，磷將成為人類和動植物生命活動的限制因素；同時磷又是引起水體富營養(yǎng)化的重要因素。而在廣泛采用的污水污泥處理工藝中，回流污泥、剩余污泥、厭氧消化污泥等磷含量均較高，因此，回收污水中的磷資源將是磷再生的重要途徑之一。
[0003]冷軋工藝中適當(dāng)?shù)倪\(yùn)用磷酸清洗表面，產(chǎn)生部分含有磷酸鹽的廢水。這部分廢水需要單獨處理，以達(dá)到源頭減排的目的。
[0004]目前，已有的除磷方法有生物法和化學(xué)法，生物法除磷工藝復(fù)雜，與同時脫氮存在矛盾，且出水穩(wěn)定性較差；化學(xué)法除磷技術(shù)主要由沉淀法、結(jié)晶法、電滲析法、離子交換法等。其中，沉淀法利用鈣鹽、鎂鹽、鋁鹽、鐵鹽與水中溶解性的磷酸鹽發(fā)生化學(xué)絮凝形成鳥糞石、磷酸鈣等，是目前廣泛采用的回收形式；但投加的化學(xué)藥劑費用較高，且工藝復(fù)雜，需消耗大量的能量。
[0005]原電池是將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的一種裝置。其原理是通過在正負(fù)極上發(fā)生氧化還原反應(yīng)在閉合電路中產(chǎn)生電子流，從而產(chǎn)生電流。當(dāng)金屬材料作為負(fù)極、惰性材料作為正極、污廢水作為電解質(zhì)時，金屬電極或水中的有機(jī)物被氧化，電極表面釋放金屬離子和電子，從而在閉合電路上產(chǎn)生電流，實現(xiàn)化學(xué)能向電能的轉(zhuǎn)化。
[0006]基于上述原電池和化學(xué)絮凝的原理，本發(fā)明將這兩種工藝相耦合，在原電池中，采用惰性材料和鐵碳合金作為原電池的正負(fù)極，在電勢差的驅(qū)動下，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能；同時，釋放的金屬離子與電解質(zhì)中的磷酸根發(fā)生絮凝形成化學(xué)沉淀，從而實現(xiàn)高效除磷。
[0007]查閱已有的專利及文獻(xiàn)資料，目前還沒有針對冷軋含磷廢水處理的工藝報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種冷軋含磷廢水的處理裝置和處理方法，能夠有效將冷軋廢水中的磷通過原電池和化學(xué)絮凝相耦合的方式，形成磷酸鹽沉淀分離出來。該方法在有效除磷和有機(jī)物的同時，可通過鐵碳合金微網(wǎng)獲得較好的出水水質(zhì)和回收電能。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下:一種冷軋含磷廢水的處理裝置，其包括由正極室3、負(fù)極室4和用于分隔的正極室3和負(fù)極室4的分隔膜10構(gòu)成的原電池內(nèi)電路；
[0010]在所述正極室3內(nèi)設(shè)置有用于正極的惰性電極8,在負(fù)極室4內(nèi)設(shè)置用于負(fù)極電極且兼具有物理截留作用的鐵碳合金微網(wǎng)分離部件12，所述惰性電極8與鐵碳合金微網(wǎng)分離部件12通過外電路連接，所述外電路與內(nèi)電路相連組成完整的原電池；
[0011]所述負(fù)極室4的上部設(shè)有進(jìn)水管1，所述鐵碳合金微網(wǎng)分離部件12與出水管2連接，在所述正極室3和負(fù)極室4下面分別設(shè)置有排泥管51和排泥管52。
[0012]本發(fā)明所述冷軋含磷廢水的處理裝置，優(yōu)選的是，所述鐵碳合金微網(wǎng)分離部件12為絲狀鐵碳合金編織成網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)，所述網(wǎng)孔的孔徑為60?180 μ m。
[0013]本發(fā)明所述冷軋含磷廢水的處理裝置，優(yōu)選的是，在所述負(fù)極室4內(nèi)部設(shè)置有攪拌裝置11，在所述攪拌裝置的攪拌棒垂直斷面上設(shè)置有不同尺寸的槳葉13。
[0014]本發(fā)明所述槳葉分三層槳葉，槳葉的直徑低層、中間層、上層的比例為100:80:60，以保證充分?jǐn)嚢韬突旌途鶆颉?br>[0015]本發(fā)明所述冷軋含磷廢水的處理裝置，優(yōu)選的是，在所述正極室3下部設(shè)置有曝氣裝置9，所述曝氣裝置9由曝氣機(jī)、曝氣干管、曝氣支管組成，曝氣支管位于惰性電極的正下方。
[0016]本發(fā)明所述冷軋含磷廢水的處理裝置，優(yōu)選的是，在所述正極室3和負(fù)極室4底部分別設(shè)置有用于分類收集不同絮凝產(chǎn)物的污泥斗61和污泥斗62。
[0017]本發(fā)明所述冷軋含磷廢水的處理裝置，優(yōu)選的是，所述分隔膜10選自微濾膜、超濾膜、質(zhì)子交換膜和無紡布中的一種。
[0018]本發(fā)明所述冷軋含磷廢水的處理裝置，優(yōu)選的是，所述的惰性電極8為石墨電極，其形式為碳棒、碳刷或者碳?xì)帧?br>[0019]本發(fā)明還提供一種冷軋含磷廢水的處理方法，包括如下步驟:
[0020]冷軋含磷廢水通過冷軋含磷廢水的處理裝置的進(jìn)水管進(jìn)入冷軋含磷廢水處理裝置的負(fù)極室，在攪拌裝置的作用下發(fā)生化學(xué)絮凝，去除有機(jī)物和磷，然后通過鐵碳合金微網(wǎng)分離部件，將絮體顆粒與溶液分離，被截留的絮體自然沉降至污泥斗后再回收利用；
[0021]所述冷軋含磷廢水的處理裝置為上述所述冷軋含磷廢水的處理裝置。
[0022]本發(fā)明所述冷軋含磷廢水的處理方法，所述負(fù)極室的水力停留時間2?5h。
[0023]本發(fā)明所述冷軋含磷廢水的處理方法，所述鐵碳合金微網(wǎng)分離部件產(chǎn)水通量:8 ?15L/ (m2.h)。
[0024]本發(fā)明除磷方法由進(jìn)水管、出水管、正極室、負(fù)極室、外電路以及分隔兩室的膜組成。正極室內(nèi)又包含惰性電極、曝氣裝置和污泥斗，惰性電極為石墨電極，形式可以為碳棒、碳刷、碳?xì)值?，以增加電極的比表面積；曝氣裝置由曝氣機(jī)、曝氣干管、曝氣支管組成，曝氣支管位于惰性電極的正下方，可以為穿孔管曝氣或微孔曝氣。負(fù)極室內(nèi)包含微網(wǎng)分離部件、攪拌裝置和污泥斗；微網(wǎng)分離部件由絲狀鐵碳合金編織成網(wǎng)孔狀結(jié)構(gòu)，網(wǎng)孔孔徑范圍為80目?250目(60?180μπι)，具有電極和物理截留的雙重作用。攪拌裝置在垂直斷面上設(shè)計不同尺寸的槳葉，以提供速度梯度G值:10?1000秒―1優(yōu)化絮凝效果。兩室內(nèi)的污泥斗分別設(shè)置，電解質(zhì)溶液采用膜進(jìn)行分隔，膜形式可以為微濾膜、超濾膜、質(zhì)子交換膜、無紡布等。正極室、負(fù)極室和膜構(gòu)成原電池的內(nèi)電路，同外電路相連組成完整的原電池。
[0025]根據(jù)原電池的作用原理，負(fù)極鐵碳合金微網(wǎng)組件被氧化釋放電子和亞鐵離子，電子通過外電路傳遞到正極，正極惰性材料表面氧氣得電子被還原，釋放氫氧根離子；負(fù)極室內(nèi)，污廢水中的磷酸根與鐵碳合金產(chǎn)生的亞鐵離子形成磷酸亞鐵沉淀或部分亞鐵離子被正極室內(nèi)擴(kuò)散而來的少量溶解氧氧化成三價鐵離子而形成磷酸鐵沉淀。在化學(xué)絮凝的過程中，攪拌裝置在垂直斷面上設(shè)計為不同尺寸的槳葉，以提供多G值攪拌從而優(yōu)化絮凝效果。正極室和負(fù)極室內(nèi)均設(shè)置了污泥斗，使得到的不同絮凝產(chǎn)物分類收集后再利用。本發(fā)明方法從負(fù)極室進(jìn)水，即市政污水、污泥消化液等富磷廢水通過進(jìn)水管進(jìn)入電化學(xué)除磷裝置，在攪拌裝置的作用下發(fā)生化學(xué)絮凝，可同時去除有機(jī)物和磷，然后通過微網(wǎng)分離裝置，在外界抽吸力的作用下，將絮體顆粒與溶液分離；被截留的絮體自然沉降至污泥斗后再回收利用；微網(wǎng)分離裝置具有傳遞電子和物理攔截的雙重作用，極大程度地增加了電極的比表面積，優(yōu)化了出水水質(zhì)。分隔兩室的膜元件形式可以為微濾膜、超濾膜、質(zhì)子交換膜、無紡布等，能通過微量溶解氧、水分子、離子及其它溶解性物質(zhì)，在一定程度上能分離絮凝產(chǎn)物，防止共混，并阻隔大量的溶解氧進(jìn)入陰極室造成鐵碳合金電極氧化，從而使反應(yīng)速率減慢。
[0026]本發(fā)明提供的冷軋含磷廢水的去除的方法中，正極室的電解質(zhì)溶液為氯化鈉(或氯化鉀)鹽溶液，由于正極產(chǎn)生氫氧根，需階段性換水；負(fù)極室為連續(xù)進(jìn)水、連續(xù)出水，微網(wǎng)分離部件需定期更換，以保證穩(wěn)定的出水水質(zhì)。以下為該發(fā)明方法的工藝控制參數(shù):
[0027]正極室:曝氣強(qiáng)度(以單位體積、單位時間供氣量表示)為5?15m3/ (m3.h)，優(yōu)選10?12m3/(m3.h)。電解液更換頻率:3?5d。
[0028]負(fù)極室:水力停留時間2?5h，優(yōu)選3_4h;鐵碳合金微網(wǎng)產(chǎn)水通量:8?15L/(m2.h)，更換頻率:每I?2周一次。
[0029]排泥:正極室和負(fù)極室的排泥頻率均為每周一次。
[0030]分隔膜:3?4個鐵碳合金微網(wǎng)更換周期(即1-2個月)。
[0031]本發(fā)明的除磷方法處理總磷濃度為4?7mg/L的冷軋廢水，出水達(dá)到國家規(guī)定排放標(biāo)準(zhǔn)；處理冷軋厭氧污泥消化液，出